C++内存分布介绍

今天更新一下C++内存分布和管理的东西，这玩意就是考验你的基础扎不扎实

1.C++内存分布

直接上图

 上图右边这段最好是牢记

内核空间就不说了，咱不管

栈区：那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量的存储区。函数调用建立栈帧，参数、函数中局部变量都存在栈帧中，栈是向下增长的，向下增长的意思是：从栈申请的内存地址会越来越小，在栈区当中是先使用高地址再使用低地址。

内存映射段也不管

堆区：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。理论上而言，后malloc的内存地址比先malloc的要大，但是也不一定，但是不一定，因为有可能下一次申请的是之前其他空间释放回来的，这个区一般都很大，在32位系统下，可以占差不多3G的样子

数据段：全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的(DATA段)和未初始化的(BSS段)，在C++里面没有这个区分了，它们共同占用同一块内存区

代码段：可执行代码其实就是二进制指令，这里是存放二进制代码的。通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。 在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。

看完了右边再来看左边，左边的代码如下：

下列变量分别存储在哪

int globalVar = 1;//全局变量
static int staticGlobalVar = 1;//静态数据
void Test()
{
    static int staticVar = 1;//静态数据
    int localVar = 1;//栈帧里面
    int num1[10] = {1, 2, 3, 4};//栈
    char char2[] = "abcd";
    char* pChar3 = "abcd";
    int* ptr1 = (int*)malloc(sizeof (int)*4);
    int* ptr2 = (int*)calloc(4, sizeof(int));
    int* ptr3 = (int*)realloc(ptr2, sizeof(int)*4);
    free (ptr1);
    free (ptr3);
}

globalVar是全局变量所以它在数据段

staticGlobalVar是静态变量所以它在数据段

staticVar是静态变量所以它在数据段

localVar创建在test函数栈帧中，它是局部变量，在栈区

num1是数组，在函数栈帧中创建，存储在栈区

char2是数组，在函数栈帧中创建，存储在栈区

*char2拿到的是字符a的地址，因为char2是数组，里面的元素也是存储在栈帧里面的，所以*char2也在栈区

pchar3是指针变量，存储在栈区，它指向字符串的首字符地址

*pchar3是常量字符a，常量字符串是存储在常量区的，就是在代码段

ptr1是指针变量，他存储在栈区

ptr1指向的内存空间是malloc出来的，所以*ptr1是在堆区

2.C++内存管理

这里要回忆一下C语言中动态内存管理的知识：malloc  realloc和calloc分别是什么？

calloc等价于malloc+memest(0)，开空间+初始化为0

realloc是对malloc或calloc的空间进行扩容

接下来就引入C++中的内存管理，就是new和delete

注意：malloc和free是库函数，而new和delete只是操作符

void Test()
{
    //C语言 malloc等是库函数
    int* p1 = (int*)malloc(sizeof(int));
    free(p1);
    
    //C++ new/delete是操作符
    // 动态申请一个int类型的空间
    int* ptr4 = new int;
    // 动态申请一个int类型的空间并初始化为10
    int* ptr5 = new int(10);
    delete ptr4;
    delete ptr5;
}

那么两者的区别是什么？

如果动态申请的对象是内置类型，用malloc和new没有区别，如果动态申请的对象是自定义类型，有区别，因为new和delete不仅仅会开空间/释放空间，还会调用构造函数和析构函数

这里注意一点在new数组的时候，delete一定要加[]，否则可能出错

接下来还有一点要知道的是operator new和operator delete函数

new和delete是用户进行动态内存申请和释放的操作符，operator new 和operator delete是系统提供的全局函数，new在底层调用operator new全局函数来申请空间，delete在底层通过operator delete全局函数来释放空间

我们在new一个对象T时，其实编译器会这样做：

1、申请内存，调用operator new(底层其实是将malloc的封装实现)

2、调用构造函数

在delete时，编译器会这么做：

1、调用T的析构函数

2、调用operator delete(底层其实是将free的封装实现)

说完了调用，那么如果调用失败呢？

如果是malloc，就会返回NULL；

如果是new，就会抛一个异常出来

对于上述提到的自定义类型，new和delete的原理是什么呢？

new的原理
调用operator new函数申请空间
在申请的空间上执行构造函数，完成对象的构造
delete的原理
在空间上执行析构函数，完成对象中资源的清理工作
调用operator delete函数释放对象的空间
new T[N]的原理
调用operator new[]函数，在operator new[]中实际调用operator new函数完成N个对象空间的申
请
在申请的空间上执行N次构造函数
delete[]的原理
在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理
调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释放空间

内存泄漏

最后一点 malloc和new的使用就必然设计到内存泄漏的问题

内存泄漏：在堆上申请了的空间，在我们不用了以后也没有释放，就存在内存泄漏，因为你不用了，也没有还给系统，别人也用不了